0 引言

　　近年来，随着经济的高速发展及城市化进程的加快，很多城市从工业经济向后工业型经济转变，遗留下很多废弃的厂房和仓库，城市更新成为中国城市发展越来越显著的增长趋势，随着城市地下空间开发的快速发展，在地下工程施工过程中经常遇到岩石、遗留障碍桩等，各种类型的原建筑基础将不同程度影响新建建筑基础的设计和施工，并影响工程施工质量与进度。

　　本文采用地质钻机对密集障碍桩群进行勘测，根据勘测结果优化桩基设计参数，并确定相应的施工工艺。详细分析场地地质条件，提出全回转全套管拔桩+钻孔灌注桩施工技术(磨盘钻机转进成孔)，以期为类似工程应用提供依据。

　　1 工程概况

　　某工程地下3层，基础为钢筋混凝土钻孔灌注桩+筏板，地下室平面近似矩形，基坑大面开挖深度17.1m，周长约530m，面积约1.57万m²。地下室原设计42根工程桩处于障碍桩区域内，暂未施工，原设计工程桩桩径700mm，桩顶标高为大沽-13.093m，桩底标高为大沽-48.093m，桩长35m。

　　遗留障碍桩区域面积约为600m²，遗留桩桩径600mm，共226根，桩顶标高为大沽1.500m，桩长最大24m，呈密集型散乱分布。依据初步测量数据，21根障碍桩影响地库工程桩施工，需拔除;且试钻时障碍桩定位与原竣工图纸不符。故将基坑开挖至废桩顶标高位置，重新对桩位进行测量定位，采用钻机插空试钻后仍无法施工，判断为障碍桩底部存在废桩或桩身倾斜度较大。遗留障碍桩分布如图1所示。

　　  

　　表1 物理力学指标分层统计 

　　 

　　 

　　

　　表1 物理力学指标分层统计

　　

　　图1 遗留障碍桩分布  

　　 

　　2 工程地质与水文地质条件

　　2.1 工程地质条件

　　物理力学指标分层统计如表1所示。

　　2.2 水文地质条件

　　根据本工程场地地层分布，埋深20.00～50.00m段分为2个微承压含水层及2个相对隔水层。其中，(8)₂粉土层及(9)₂粉砂层为第一承压含水层，水头大沽标高-1.410m;(11)₂粉土、粉砂层为第二承压含水层，水头大沽标高-1.550m;(6)₄粉质黏土层、(7)粉质黏土层、(8)₁粉质黏土层为第一相对隔水层;(11)₁粉质黏土层为第二相对隔水层(见图2)。

　　本工程障碍桩桩底大沽标高约-22.500m，位于第一承压含水层，且障碍桩桩身范围内无卵石、碎石层，土质较好。此阶段围护结构已施工完毕，隔断第一承压含水层，降水井水位大沽标高-5.600m。

　　3 密集障碍桩区钻孔灌注桩施工技术选用

　　3.1 密集障碍桩区钻孔灌注桩施工技术对比

　　本工程障碍区覆盖面广、间距小，障碍桩桩顶标高大沽1.500m，桩底标高大沽-12.500m，较基坑开挖标高深8.4m。在破碎炮剔凿+磨盘钻钻孔灌注桩施工(方案1)、全回转全套管拔桩及灌注桩施工(方案2)、全回转全套管拔桩+磨盘钻钻孔灌注桩施工(方案3) 3种方案中进行比选。比选分析如表2所示。

　　

　　图2 水文地质剖面示意  

　　 

　　  

　　表2 方案对比分析 

　　 

　　 

　　

　　注:仅针对本工程进行分析和总结

　　表2 方案对比分析

　　3.2 密集障碍桩区钻孔灌注桩施工技术选用

　　本工程现阶段处于基坑第1步土方开挖施工阶段，现场密集群桩区障碍桩数量过多且围护结构及其他工程桩均已施工完毕，工期要求紧，故采用全回转全套管工艺进行清障施工。全回转钻机采用液压驱动装置，驱动嵌有合金钻头的钢套管，360°旋转切割，使桩与周围土体分离。该工艺利用全回转钻机产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体的切削作用，然后使用钢套管下压，专用履带式起重机配有自由副钩，并悬挂冲抓斗有效抓除剩余桩体。

　　综合考虑工程量、可实施性、经济性、工效等因素，选用方案3。采用对地质扰动极小的全回转钻机切割及跟进作业，在拔除套管内桩基障碍物后及时用素土填充，边填密实边拔管，对地质及地下构造物做到无扰动，确保清障区域构造物安全。依据障碍桩信息，选用1 000套管对障碍桩周边土体进行切割。若个别桩位障碍桩拔出后仍无法施工灌注桩，则该位置调整为方案2。

　　4 施工部署

　　4.1 施工人员配置(见表3)

　　  

　　表3 施工人员配置 

　　 

　　 

　　

　　表3 施工人员配置

　　4.2 施工机械配置

　　施工机械配置如表4所示，DTR1505型全回转全套管钻机机械参数为:钻孔直径800～1 500mm，回转扭矩1 018/815/509k N·m (瞬时1 117k N·m)，回转速度2/2.5/4r/min，最大套管下压力最大360k N+自重320k N，套管起拔力2 444k N (瞬间2 690k N)，压拔行程750mm，工作装置质量32t，五十铃GH-6HK1XKSC02型发动机功率183.9k W/2 000r/min，燃油消耗率223.6g/(k W·h)(最大功率时)，动力站质量7t。

　　5 施工工艺

　　5.1 施工工艺流程

　　(见图3)

　　5.2 主要施工工艺方法

　　5.2.1 优化工程桩设计参数及定位

　　1)采用地质钻机进行试钻，初步确定障碍桩桩顶标高为大沽标高1.500m，障碍区范围600m²，非障碍桩区域土方开挖至桩顶标高附近，障碍桩区域土方开挖至障碍桩桩顶标高下返5cm，露出障碍桩桩头并清理干净，采用破碎炮将障碍桩桩顶遗留混凝土筏板基础剔凿破除。采用DTM-352C型全站仪对226根障碍桩测量定位并返图，障碍桩净间距为900～1 200mm。

　　  

　　表4 施工机械配置 

　　 

　　 

　　

　　表4 施工机械配置

　　

　　图3 施工工艺流程 

　　 

　　2)优化工程桩设计参数及定位，包括基础形式及工程桩规格，增大工程桩直径，减少工程桩数量。优化原34根800工程桩为18根1 500工程桩，该部位原桩筏基础调整为桩承台+地梁，且承台中心与原设计一致。优化后工程桩桩顶大沽标高为-13.093m，桩底大沽标高为-48.093m，有效桩长35m，混凝土强度等级为水下C35P8。优化后需拔桩数量由29根减少为21根(见图4)。

　　5.2.2 全回转设备就位

　　1)对废桩区露出桩头回填压实，回填高度至大沽标高1.600m，回填厚15cm，对需拔除21根障碍桩放线定位，待施工工程桩桩边6m范围内回填土方至大沽标高1.600m，便于后续钻孔灌注桩施工。

　　2)安放定位钢板。定位钢板厚度30mm，确保平整，且定位钢板的孔位中心与障碍桩中心重合。

　　3)安放全回旋钻机。全回转钻机4个支腿全部安放入定位钢板的4个基点，通过经纬仪确定钻机垂直度，调整4个支腿油缸使钻机安放水平。

　　

　　图4 工程桩定位优化对比  

　　 

　　4)配备液压泵站。液压泵站就位后与全回转钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保液压泵站油料、冷却液、油管连接、各阀门等正常完好。

　　5)安装全回旋钻机配重架及反力配重。

　　6)安装反力叉。远离全回转钻机的一端固定在75t履带式起重机的履带之间，避免全回转钻机带载旋转切削时产生的反力影响钻机主机。

　　5.2.3 安装钢套管

　　经过对拔桩摩阻力计算，本工程采用1 000钢套管，套管为厚度45mm钢质桶式结构，且本工程最大清障深度24m，故选用的套管总长度为26m，分6m长度3节、3m长度2节、2m长度1节。最底部一节长度为2m，管口布置合金刀头，其他套管的中间为桶身，两头为套叠式接头。

　　将已安装刀具的钻头(长2m)与3m钢套筒连接好后，安放入钻机。通过调整钻机保证钢套管的水平和垂直度，使多节连续钢套管中心保持一致。

　　5.2.4 套管钻进

　　1)启动液压泵站，将发动机的转速从低转速逐步调整至高转速，钻机回转液压马达调至零位，启动夹紧油缸按钮，确认钻机夹紧机构已将套管夹紧后方可启动回转驱动系统，低转速运行至回转阻力稳定且低于设定值时，适量调高转速。

　　2)试运转正常及垂直度修正完成后，开始正式钻进，发动机高转速，全回旋钻机低转速，初始5m以内，钻机转速控制在5r/min，旋转扭矩稳定在额定最大扭矩的50%左右，确保初始钻机设备稳定及钻进垂直度。

　　3)钻进过程中采用经纬仪进行纠偏定位，每钻进1节钢套管，吊装上一节钢套管，上、下钢套管对中，采用高强螺栓进行连接，在钻机钻进过程中轻压慢钻，减少对周边土体及后续桩孔回填的影响。

　　5.2.5 障碍物清除

　　1)本工程障碍桩桩径600mm，在钢套管逐步压入的同时，用冲抓斗抓出套管内障碍桩碎块及渣土，直至冲抓斗抓取物为原状土层土质，且无障碍桩混凝土碎块。

　　2)通过钢套管旋转沉入一定的桩身深度后，若障碍桩桩体已发生断裂，即采用冲抓斗进行清除，若障碍桩桩体未断裂，或障碍桩摩阻力过大导致套管无法钻进时，在桩体与套管之间放入重2t三角楔块，拧断桩体，而后采用冲抓斗或捆绑钢丝绳将被拧断桩体吊出。钢丝绳采用专用设备送到桩下部，与桩身锁扣牢固后一次性拔出，提高安全性和施工效率。

　　3)在拔桩过程中，钢套管位于障碍桩桩底以下≥1m，采用履带式起重机缓慢起吊，减少对周边土体的影响。

　　5.2.6 桩孔回填及钢套管拔除

　　1)桩孔回填质量好坏直接影响后续钻孔灌注桩施工。回填土方不得有大于5cm的块体，每回填2～3m采用冲锤进行夯实，同时根据钢套管分节位置旋转拔出回填部分钢套管，钢套管拔出过程中，套管钻头不得超出回填土面。回填、夯实及钢套管拔除交叉配合进行，直至回填到现有地面。

　　2)障碍桩全部清除完毕后，随原土回填同步拔除钢套管，钢套管全部拔除后，原土回填至现有地面高度(大沽标高1.600m)。钢套管拔除时要缓慢顶拔，始终保持钢套管底部低于回填面≥2m，避免影响周边土体稳定。

　　5.2.7 移机及钻孔灌注桩施工

　　钢套管拔出后，使用履带式起重机将全回转设备吊运至下一障碍桩桩位，重复上述步骤进入下一拔桩施工工序。同时，桩孔回填完成后引入2台CPS-15型钻机进行1 500钻孔灌注桩施工。

　　本工程循环钻机成孔工艺采用气举反循环法，严格控制二次清孔质量。护筒长度1.5m，直径1 600mm，护筒顶标高高于作业面20cm。根据场地工程地质条件，确定钻压为18k N，转速1.8m/s，钻孔过程中保持孔水头高度1.5～2m，以保证孔壁稳定。工程桩钢筋笼长度36m，最大质量5.4t，试桩钢筋笼最大吊重7.48t，工程桩钢筋笼分2段进行吊装，试桩钢筋笼分3段进行吊装，采用三点起吊。水下灌注C35P8混凝土须具备良好的和易性，坍落度200mm，导管埋深2m，通过计算确定混凝土首灌量为5.18m³。混凝土灌注完成后及时拔出护筒，且桩孔应立即回填土加以覆盖。

　　5.3 施工注意事项

　　1)钢套管压入的精度直接影响钻孔施工质量，尤其是开始5m深度范围。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用钻机和导向纠偏装置将钢套管的垂直度控制在1/300以内。

　　2)当拧断桩体较长，采用冲抓斗无法一次性抓取时，采用履带式起重机配合人工将桩体清出钢套管，桩头位置绑扎钢丝绳或焊接吊环，破除桩头位置距离第一承压含水层顶部4m时，停止人工配合，吊入楔形块辅助破碎后采用冲抓斗清除。

　　3)为减少土体与钢套管的摩擦力，采用经纬仪、全站仪时刻监控套管垂直度，垂直度偏差过大时必须提管重新压入。每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行≥360°旋转，以减少套管与土体摩擦力。

　　4)桩身倾斜时，对倾斜不大且桩身完全在套管内的废桩直接拔除。对于一些倾斜较大的桩，除调整钢套管垂直度外，可根据现场实际情况将上半截桩身截断拔除后回填，二次定位拔除剩余废桩。

　　6 结语

　　本工程在实施过程中将障碍桩定位精准返图，根据工程桩与障碍桩位置关系，优化工程桩设计参数及定位，减少拔桩数量。采用全回转全套管施工工艺，11d完成21根障碍桩拔除施工，高效快捷，累计20d完成密集障碍区钻孔灌注桩施工，缩短工期，工程桩施工影响区域内障碍桩100%清障完毕，保证施工质量，通过实践检验证明本方案可行。针对不同地质条件及周边环境，可结合项目进度及成本需要，综合考虑灵活选择密集障碍桩区清障及钻孔灌注桩施工方案。